高穩定寬量程電流傳感器測試方法研究

沈陽儀表科學研究院有限公司 徐丹輝 李鴻儒 鄭 楠

杭州電子科技大學 白 茹

沈陽儀表科學研究院有限公司 梁永勝 徐海寧 祁 靜 金志東

高性能寬量程電流傳感器件在儀器儀表、汽車電子等領域應用廣泛。因此研究出一套高穩定寬量程電流傳感器的測試方法，實現產品規模化生產，對提高產品產業化生產中的批量檢測和定標能力有極大的幫助。

1 工作量程評測方法

傳感器工作量程是指在規定的輸入信號情況下，傳感器的輸出能夠準確反映輸入的變化，并符合規定的技術指標，這時的輸入信號范圍即為傳感器的工作量程。

評測方法：傳感器按圖1的方式接線，高低溫試驗箱設定在常溫工作溫度，對傳感器輸入規定的滿量程被測信號，待測表各量程的滿量程應處于電流源輸出值20%～80%。同時檢測傳感器的相應輸出，傳感器的輸出值應該符合規定的數值。

2 帶寬評測方法

傳感器帶寬是指傳感器正常工作的頻率范圍。目前國際以及國內沒有公認的帶寬檢測方法，需要采用自制設備自主試驗。

圖1 電流傳感器性能評測方案接線圖

圖2 電流傳感器帶寬評測接線圖

如圖2所示，通過控制信號發生器產生不同頻率的源信號，測量并采集相應頻率信號條件下的傳感器輸出幅度和頻率，隨著輸入信號頻率的增加，輸出信號的頻率也隨之增加，而傳感器輸出的幅度不變，當輸入信號的頻率增加到傳感器的輸出幅度降低到標準輸出的90%的情況下，這時所測量到的輸入信號頻率即為傳感器的工作帶寬。

3 分辨力評測方法

傳感器分辨力的定義是當傳感器的輸入從非零值緩慢增加時，在超過某一增量后輸出發生可觀測的變化，這個輸入增量稱傳感器的分辨力，即最小輸入增量。可以采取高精度電流表進行觀測。在圖1所示的評測系統中，通過在零狀態下逐漸增加輸入電流幅度，同時記錄相應傳感器輸出信號的有效值，根據分辨力的定義，通過分析輸入輸出數據，并結合傳感器的靈敏度信息，可以確定傳感器的分辨力。

4 線性度評測方法

線性度指傳感器輸出量與輸入量之間的實際關系曲線偏離參比工作直線的程度。定義為在全量程范圍內實際特性曲線與參比工作直線之間的最大偏差值與滿量程輸出值之比。在圖1所示的評測系統中，測量并采集相應幅度信號條件下的傳感器輸出幅度，可以得到傳感器的輸入輸出曲線。

傳感器的端基線性度誤差δL按以下公式計算：

式中：

δL——傳感器的端基線性度誤差；

ΔLmax——同一校準點上正反行程多次測量的輸出信號值的算術平均值與參比直線上相應點的最大差值的絕對值；

YFS——表示滿量程輸出。

5 溫度系數評測方法

傳感器的溫度漂移為環境溫度變化而引起的零點或靈敏度的漂移程度。一般以溫度變化1℃輸出最大偏差與滿量程的百分比表示。在圖1所示的評測系統中，將被測傳感器接上輔助電源標稱值，放入溫度試驗箱，分別在參比溫度、下限工作溫度和上限工作溫度，至少各保溫2h，使傳感器的溫度恒定。讀取上述溫度下傳感器的滿量程輸出值。

熱滿量程輸出漂移δFSt按以下公式計算：

式中：

δFSt——熱滿量程輸出漂移（取絕對值較大值）；

t1——參比溫度；

t2——下限或上限工作溫度；

yFSt1——參比溫度時傳感器的實際滿量程輸出值；

yFSt2——下限或上限工作溫度時傳感器的實際滿量程輸出值。

傳感器準確度測量方法，可以參考機械行業標準《JB/T7490-2007霍爾電流傳感器》中所規定的相關測試和計算方法。

6 準確度評測方法

傳感器在規定的參比條件下，接上輔助電源，預熱30min后，在記錄觀察值之前，傳感器應在滿量程范圍內進行三次標準負荷循環，每次標準負荷循環輸入從最小逐漸增加到最大，然后再逐漸減少到最小，并在上、下限處各保持10s。

在包括傳感器測量上、下限的全量程范圍內選擇均勻分布的6～11個校準點，其中應包括上、下限的點。作三次或三次以上的標準循環，觀察并記錄對應每個輸入值的輸出值。然后根據三次測量值分別計算出傳感器的零點輸出誤差、基本誤差、線性度誤差、回差、重復性誤差。

傳感器準確度測量方法，可以參考機械行業標準《JB/T7490-2007霍爾電流傳感器》中所規定的相關測試和計算方法。

7 可靠性評測方法

可靠性評測方法分為正常生產過程的評測和周期性檢驗評測。可以采取老化試驗檢測平均故障間隔時間，也可第三方委托檢測。可靠性評測主要包括：

7.1 篩選試驗

產品在功能調試完成后，進行篩選試驗：

（1）常溫通電老化24h，剔除早期失效產品；

（2）不帶電情況下高低溫循環2次，剔除焊接中的虛焊隱患；

（3）高低溫時的零點和輸出測試，剔除溫度漂移大的產品。

7.2 環境試驗

（1）產品灌封后不帶電情況下進行高低溫2次循環老化，消除灌封膠的應力影響；

（2）對每批次產品按詳細規范的抽樣要求進行高低溫貯存和高低溫工作的性能試驗；

（3）在周期性檢驗中，進行沖擊、振動、鹽霧的環境試驗。

7.3 壽命試驗

根據對傳感器產品部件壽命的分析，影響傳感器整機壽命的關鍵在于電子元器件的壽命以及焊接過程中的過程缺陷。根據電子產品的工作特點采取高溫、滿量程加速測試的方法來判定產品的使用壽命。將3只傳感器置于極限工作溫度，傳感器輸入滿量程的被測信號，在此條件下，以傳感器連續工作96h來檢驗是否滿足無故障工作時間大于10000h的指標。

7.4 可靠性試驗評估

產品生產中，對測量數據和產品成品率情況統計，驗證影響產品可靠性的因素。根據以往的設計制造經驗，影響傳感器可靠性的主要因素包括：

（1）電子元器件的偶然失效；

（2）線路板焊接中的缺陷隱患；

（3）工藝過程中的不精心操作。

7.5 提高產品可靠性的措施主要有

（1）選用高質量的元器件，降低產品的偶然失效率；

（2）保證產品生產中所有工序的按工藝嚴格操作，提高產品成品率；

（3）嚴格老化和篩選，剔除早期失效產品和有質量缺陷的產品。

結束語：通過對高穩定寬量程電流傳感器測試方案的不斷研究，會逐步提升電流傳感器的質量及產品的穩定性，對推動我國電力電子、航空航天、新能源汽車及高性能儀器儀表行業的技術進步、產業升級將會有一定的促進作用。